Cinética Quimica II - Slide

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Cinética Química
INSTITUTO FEDERAL DE SANTA CATARINA
Prof. Luís Henrique
Parte da Química que estuda a velocidade das 
reações químicas e os fatores que nela 
influem.
Quanto à velocidade
Rápidas: neutralizações em meio aquoso, 
combustões, explosões, ...
Lentas: fermentações, formação de ferrugem,...
1. Introdução
Cinética Química
V e l o c i d a d e M é d i a d a 
Reação(Vm)
Representa a variação na quantidade de um reagente 
ou produto num intervalo de tempo.
Quimica
t
][ou 
t
Vou 
t
nou 
t
mVm D
D
D
D
D
D
D
D
=+- n
x
nnn + + +
Velocidade Média de Desaparecimento e 
Formação
t
][ou 
t
Vou 
t
nou 
t
mVm D
D
D
D
D
D
D
D
=
x+ + + +
m = massa , n = n o mo l s , V = vo lume , [ ] = 
concentração molar
Representa a variação na quantidade de um reagente 
ou produto num intervalo de tempo.
Quimica
a A + b B c C + 
d D 
t
][Vm(A) D
D
-=
A
t
][Vm(B) D
D
-=
B
t
][Vm(C) D
D
+=
C
t
][Vm(D) D
D
+=
D
d
DVm
c
CVm
b
BVm
a
Vrç )]()()(m(A))(Vm ====
t
][)(Vm D
D
-=
a
Arç
t
][)(Vm D
D
-=
b
Brç
t
][)(Vm D
D
+=
c
Crç
t
][)(Vm D
D
+=
d
Drç
Quimica
t
][V )m(N2 D
D
-= 2
N
t
][V )m(H2 D
D
-= 2
H
t
][V )m(NH3 D
D
+= 3
NH
N2 + 3 H2  2 NH3 Quimica
N2 + 3 H2  2 NH3
t
][)(Vm D
D
-=
1
2Nrç
t
][)(Vm D
D
=-
3
2Hrç
t
][)(Vm D
D
+=
2
3NHrç
231
32 )()()m(N)(V 2m
NHVmHVmVrç ===
Quimica
O gráfico abaixo mostra como variam as concentrações 
de reagente (N2O5) e produtos (NO2 e O2) , com o passar 
do tempo.
2 N2O5  4 NO2 + 1 O2
Um bico de Bunsen está consumindo 2,24 litros 
/minuto de
butano, C4H10 (medido nas CNTP). A combustão é 
completa,
de modo a Produzir dióxido de carbono e água.
Pode-se afirmar que a velocidade de formação do 
dióxido de
carbono é de: 
a) 0,50 moles/min 
b) 0,20 moles/min 
c) 0,30 moles/min 
d) 0,40 moles/min 
e) 0,10 moles/min 
Quimica
O composto pentóxido de nitrogênio decompõe-se 
segundo a equação devidamente balanceada a 
seguir: 
2 N2O5(g) 4 NO2(g) + 
O2(g) 
O g r á f i c o a s e g u i r 
representa a variação da 
concentração em mol L-1 do 
N 2 O 5 e m d e t e rm i n a d o 
intervalo de tempo em min: 
Quimica
De acordo com essas informações, assinale a alternativa 
correta. 
a) A velocidade média de formação do NO2 no intervalo de 
tempo indicado é 0,6mol/L. 
b) O valor da velocidade média do N2O5 no intervalo de 
tempo indicado é 0,01mol/L min-1. 
c) O valor da velocidade média da reação é 0,04 mol/L 
min -1. 
d) O valor da concentração do O2 após 40 minutos de 
reação é 0,4 mol L-1.
2 N2O5(g) 4 NO2(g) + 
O2(g) 
Quimica
C o n s i d e r e a e q u a ç ã o b a l a n c e a d a :
Admita a variação de concentração em mol por litro do 
monóxido de nitrogênio (NO) em função do tempo em 
segundos (s), conforme os dados, da tabela abaixo:
[NO] 0 0,15 0,25 0,31 0,34
Tempo (s) 0 180 360 540 720
3 2 24 N H 5 O 4 N O 6 H O+ ® +
A velocidade média, em função do monóxido de 
nitrogênio (NO), e a velocidade média da reação acima 
representada, no intervalo de tempo de 6 a 9 minutos 
(min), são, respectivamente, em mol L-1 min-1
a) 2.10-2 e 5.10-3
b) 5.10-2 e 2.10-2
c) 3.10-2 e 2.10-2
d) 2.10-2 e 3.10-2
e) 2.10-3 e 8.10-2
Quimica
Uma chama queima metano completamente, na razão 
de 2 L/min, medidos nas CNTP. O calor de combustão 
do metano é 882kJ/mol.
a) CALCULE a velocidade de liberação de energia.
b) CALCULE, em mol/min, a velocidade de produção 
de gás carbônico.
c) CALCULE a massa de oxigênio consumida em 20 
minutos.
Dados: O = 16 
Quimica
A velocidade média da reação a A + b B c C + d D 
pode ser definida pela expressão I, a seguir: 
Considere agora a reação de decomposição da água 
oxigenada.
2 H2O2(aq) 2 H2O(líq) + O2(g) 
A tabela fornece as concentrações, em mol por litro, da 
água oxigenada, em função do tempo da reação. Com 
base 
nas informações acima, é correto afirmar:
Quimica
( ) A velocidade média da reação é constante em todos 
os intervalos de tempo considerados. 
( ) No intervalo de tempo entre 20 e 30 minutos, a 
velocidade média de formação do gás oxigênio é 5,0 x 
10-3 mol L-1 min-1. 
( ) Em valores absolutos, a velocidade média de 
decomposição da água oxigenada é igual à velocidade 
média de formação da água, qualquer que seja o 
intervalo de tempo considerado. 
Quimica
( ) Entre 0 e 10 minutos, a velocidade média da 
reação, definida pela expressão I acima, é de 1,5 x 10-
2 molL-1min-1. 
( ) No intervalo de 10 a 20 minutos, a velocidade 
média de decomposição da água oxigenada é de 0,30 
mol L-1 min-1. 
( ) A velocidade média, definida pela expressão I, é 
sempre um número positivo. 
Quimica
No g rá f i co a segu i r , es tão rep resen tadas as 
concentrações, ao longo do tempo, de quatro 
substâncias - A, B, C e D - que participam de uma 
reação hipotética.
Quimica
A partir destas informações, é correto afirmar: 
( ) As substâncias A e B são reagentes da reação. 
( ) A velocidade de produção de C é menor que a 
velocidade de produção de A. 
( ) Transcorridos 50 s do início da reação, a concentração 
de C é maior que a concentração de B. 
Quimica
( ) Nenhum produto se encontra presente no início da 
reação. 
( ) A mistura das substâncias A e D resulta na produção 
de B. 
() As substâncias A, B e D estão presentes no início da 
reação. 
Quimica
2. Condições de Ocorrência
I- Deve existir afinidade entre os reagentes
II- Deve existir contato entre os reagentes
III- Colisões intermoleculares
Não-ef icazes ou não 
efetivas
 * sem energia de colisão 
suficiente ou geometria 
de colisão inadequada.
Eficazes ou efetivas
* com energia de colisão 
suficiente e geometria 
de colisão adequada.
IV - Energia mínima para reagir(Ea)
Quimica
Não-eficazes ou não 
efetivas
Eficazes ou efetivas
Quimica
Quimica
Quimica
--- ----
----50
90
2020
50
90
Ea=40 Ea=70
4. Fatores que influem na velocidade das reações
A. Temperatura
Um aumento na T , aumenta a f reqüênc ia das co l i sões 
intermoleculares e aumenta a energia cinética das moléculas 
fazendo com que um maior número alcance a energia mínima para 
reagir (Ea).
Lei de Van’t Hoff: “A cada aumento de 10 0C na temperatura
 de uma reação a velocidade duplica”.
T1
Quimica
Estados físicos
Quimica
Velocidade aumenta
Sólido Líquido Gasoso
2 NaCl 2 Na + Cl2 
2 H2O 2 H2 + O2 
Eletricidade
Quimica
Luz
6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 H2O + 6 O2 l
2 H2O2 2 H2O + O2 l
ClorofilaEnergia luminosa
l
Quimica
Com o aumento da pressão, aumenta o número de choques entre os 
reagentes e, conseqüentemente, aumenta a velocidade da reação.
A Pressão só influencia a velocidade das reações 
se pelo menos um dos reagentes encontrar-se no 
estado gasoso
Pressão Quimica
Quimica
Esse fator tem sentido quando um dos reagentes for sólido. 
Fe(prego) + H2SO4(aq)  FeSO4(aq) + H2(g) (v1)
Fe(limalha) + H2SO4(aq)  FeSO4(aq) + H2(g) (v2)
Superfície do Reagente Sólido
* na segunda reação a área de contato é maior! Portanto: V2 > V1
prego
limalha
 V
ol
um
e 
H
2
tempo
Se um comprimido efervescente que contém ácido cítrico e 
carbonato de sódio for colocado em um copo com água, e mantiver-
se o copo aberto, observa-se a dissolução do comprimido 
acompanhada pela liberação de um gás. Assinale a alternativa 
correta sobre esse fenômeno. 
a) A massa do sistema se manterá inalterada durante a dissolução. 
b) A velocidade de liberação das bolhas aumenta com a elevação 
da temperatura da água. 
c) Se o comprimido for pulverizado, a velocidade de dissolução será 
mais lenta. 
d) O gás liberado é o oxigênio molecular. 
e) O fenômeno corresponde a um processo físico. 
Quimica
c) Somente as afirmativas I, II e IV são verdadeiras.
A figura abaixo 
representa o diagrama de energia 
da reação de combustão 
do etanol.
I – A representa a energia de ativação.
II – B representa a variaçãode entalpia.
III – C representa a formação do produto da reação.
IV – A reação é exotérmica.
V – A d iminu ição da temperatura aumenta a 
velocidade da reação.
Quimica
3.7. Catalisador e Inibidor
Os catalisadores encontram “caminhos alternativos” 
para a reação, envolvendo menor energia (diminuem a 
Energia de Ativação), tornando-a mais rápida.
Catalisadores são substâncias que, quando presentes, 
aumentam a velocidade das reações químicas, sem 
serem consumidos. Ao final encontram-se qualitativa e 
quantitativamente inalterados.
Quimica
Cinética Química
Página 11
Quimica
Características dos catalisadores
a) O catalisador não fornece energia à reação;
b) O catalisador participa da reação formando um complexo ativado 
de menor energia ;
c) O catalisador não altera o  DH da reação ;
d) o catalisador pode participar das etapas da reação, mas não é 
consumido pela mesma. ;
e) as reações envolvendo catalisadores podem ser de 2 tipos:
• catálise homogênea: catalisador e reagentes no mesmo estado 
físico;
• catálise heterogênea: catalisador e reagentes em estados 
físicos diferentes.
Quimica
Inibidor
O inibidor é uma substância que diminui a velocidade das 
reações, por formar um complexo ativado de alta energia de 
ativação. Contudo, o inibidor é consumido pela reação. 
Ativador ou Promotor
Substância que colocada junto da reação aumenta ainda mais a
velocidade da reação catalisada.
Veneno ou Anticatalisador 
Substância que colocada junto da reação diminui a velocidade 
da reação catalisada.
Quimica
N2 + 3 H2 2 NH3
N2 + 3 H2 2 NH3
N2 + 3 H2 2 NH3
N2 + 3 H2 2 NH3
V1
V2
Fe
V3
Fe/Al2O3/K2O
Fe/As
V4
V2 > V1
V3 > V2
V4 < V2
V4 > V1
Catalisador
Ativadores
Veneno
Quimica
Como funciona o catalisador 
automotivo ?
Concentração dos Reagentes
A velocidade é proporcional à concentração dos reagentes. 
Esse fator é expresso pela LEI DA AÇÃO DAS MASSAS ou 
LEI CINÉTICA (Guldberg e Waage)
Cato 
Guldberg
Peter 
Waage
Quimica
VELOCIDADE DAS REAÇÕES
Velocidade instantânea (Vi ou V)
Representa a var iação na quant idade de um 
reagente ou produto num instante (menor intervalo 
de tempo que se possa imaginar).
CLASSIFICAÇÃO DAS REAÇÕES CINÉTICAS
Quanto ao mecanismo
Elementares : ocorrem numa só etapa.
Não-Elementares : ocorrem em duas ou mais etapas.
Quimica
Para uma reação genérica homogênea
aA(g) + bB(g)  xX(g) + yY(g)
a velocidade instantânea é calculada pela expressão
v = k . [A] . [B]
onde
k = constante de velocidade
[A] e [B] = concentrações molares
a e  = ordens ou graus
Quimica
 Exemplo
 I - Reação elementar
 H2(g) + I2(g)  2 HI(g)
Lei de velocidade (instantânea)
 v = k . [H2]1 . [I2]1
Reação de ordem 2 e Molecularidade 2
Quimica
N2(g) + 3 H2(g)  2 NH3(g)
v = k . [N2]1 . [H2]3 v = k . (pN )1 . (pH )32 2
C(s) + O2(g)  CO2(g)
v = k . [O2]1 v = k . (pO )12
CaCO3(s)  CaO (s) + CO2(g) 
v = k v = 
ordem 4 e 
molecularidade 4
ordem 1 e 
molecularidade 2
ordem zero e 
molecularidade 1
Quimica
II- Reação complexa
2 NO(g) + O2(g)  2 NO2(g)
* Mecanismo
2 NO  N2O2 (etapa lenta)
N2O2 + O2  2 NO2 (etapa rápida)
2 NO + O2  2 NO2 (reação global)
Lei de velocidade (instantânea)
 v = k . [NO]2
Quimica
As espécies químicas A e B reagem a uma certa 
temperatura de acordo com a reação 2 A(g) + 2 B(g) → 
C(g). Verificou-se que a velocidade desta reação 
quadruplica quando a concentração de A duplica, 
independente da concentração de B. Assinale a 
alternativa que corresponde à expressão da velocidade e 
ao valor da ordem da reação, respectivamente.
a. ( ) v = k . [A]2 e 2
b. ( ) v = k . [A]2 e 4
c. ( ) v = k . [A]2. [B]2 e 2
d. ( ) v = k . [A]2. [B]2 e 4
e. ( ) v = k . [A]2. [B]2 e 1
Quimica
Os motores do ciclo Otto geram na sua exaustão a queima 
incompleta da gasolina nos automóveis, produzindo gases tóxicos 
como monóxido de carbono e vapores de hidrocarbonetos. Impurezas 
presentes provocam liberação de gases monóxido de nitrogênio e 
dióxido de nitrogênio. Dispositivos antipoluição, denominados 
conversores catalíticos, são instalados no cano de escape dos 
automóveis e são constituídos de um suporte na forma de colmeia, 
com minúsculos canais cuja superfície total equivale a quatro 
campos de futebol. Em seu revestimento há óxido de alumínio, onde 
são fixadas finas camadas de uma liga metálica de paládio e ródio. 
Em relação às informações acima é correto afirmar, exceto:
a) Moléculas de óxido de alumínio possuem massa molar maior que 
moléculas de dióxido de nitrogênio.
b) Nesses sistemas a conversão de gases nocivos em gases não 
tóxicos ocorre por meio de catálise heterogênea.
c) Conversores catalíticos atuam diminuindo a energia de ativação 
das reações envolvidas.
d) A estrutura em forma de colmeia não interfere na taxa de 
desenvolvimento das reações químicas
(Enem) Alguns fatores podem alterar a rapidez das 
reações químicas. A seguir, destacam-se três exemplos 
no contexto da preparação e da conservação de 
alimentos:
1. A maioria dos produtos alimentícios se conserva por 
muito mais tempo quando submetidos à refrigeração. 
Esse procedimento diminui a rapidez das reações que 
contribuem para a degradação de certos alimentos.
2. Um procedimento muito comum utilizado em práticas 
de culinária é o corte dos alimentos para acelerar o seu 
cozimento, caso não se tenha uma panela de pressão.
3. Na preparação de iogurtes, adicionam-se ao leite 
bactérias produtoras de enzimas que aceleram as 
reações envolvendo açúcares e proteínas lácteas.
Quimica
Com base no texto, quais são os fatores que 
influenciam a rapidez das transformações químicas 
relacionadas aos exemplos 1, 2 e 3, respectivamente? 
a) Temperatura, superfície de contato e concentração. 
b) Concentração, superfície de contato e catalisadores. 
c) Temperatura, superfície de contato e catalisadores. 
d) Superfície de contato, temperatura e concentração. 
e) Temperatura, concentração e catalisadores. 
Quimica
O gráfico abaixo ilustra as variações de energia devido 
a uma reação química conduzida nas mesmas 
condições iniciais de temperatura, pressão, volume de 
reator e quantidades de reagentes em dois sistemas 
diferentes. Estes sistemas diferem apenas pela 
presença de catalisador. Com base no gráfico, é 
possível afirmar que:
a) A curva 1 representa a reação catalisada, que ocorre 
com absorção de calor. 
b) A curva 2 representa a reação catalisada, que ocorre 
com absorção de calor. 
c) A curva 1 representa a reação catalisada com energia 
de ativação dada por E1+E3.
Quimica
d) A curva 2 representa a reação não catalisada, que 
ocorre com liberação de calor e a sua energia de ativação 
é dada por E2+E3.
e) A curva 1 representa a reação catalisada, que ocorre 
com liberação de calor e a sua energia de ativação é 
dada por E1. 
Quimica
No ar poluído pode ocorrer a reação representada abaixo 
entre o dióxido de nitrogênio(NO2) e o ozônio(O3): 
NO2 + O3 NO3 + O2 
Para essa reação, os seguintes dados foram obtidos a 250C
Experimento
Concentração 
inicial de 
(mol/L)
Concentração 
inicial de 
(mol/L)
Velocidade 
inicial 
1 5,0 x 10-6 1,0 x 10-6 2,2 x 10-3
2 5,0 x 10-6 2,0 x 10-6 4,4 x 10-3
3 2,5 x 10-6 2,0 x 10-6 2,2 x 10-3
De acordo com os dados da tabela, assinale o que for correto. 
Quimica
Experimento
Concentração 
inicial de 
(mol/L)
Concentração 
inicial de 
(mol/L)
Velocidade 
inicial 
1 5,0 x 10-6 1,0 x 10-6 2,2 x 10-3
2 5,0 x 10-6 2,0 x 10-6 4,4 x 10-3
3 2,5 x 10-6 2,0 x 10-6 2,2 x 10-3
( ) A ordem global da reação é 2. 
( ) A ex p re s s ã o d a l e i c i n é t i c a d a re a ç ã o é 
v=k[NO2].[O3].
( ) A ordem da reação em relação ao O3 é 2, pois 
duplicando a sua concentração a velocidade também é 
duplicada. 
( ) Utilizandoos dados do experimento 1, o valor da 
constante de velocidade para essa reação é de 
4,4x108mol/L.s.
( ) A velocidade da reação independe da concentração 
de NO2.
(Uem) Dado o mecanismo em duas etapas para uma 
reação em fase gasosa, assinale a(s) alternativa(s) 
correta(s).
( ) A reação global pode ser expressa como:
 
( ) A etapa determinante na velocidade da reação é a 
etapa B. 
( ) A equação que representa a velocidade da reação é 
V=k.[HBr].[NO2].
( ) Em uma reação não elementar, a velocidade da 
reação global não pode ser escrita a partir da equação da 
reação global. 
( ) O ácido hipobromoso pode ser considerado um 
composto intermediário na reação, pois é formado e 
consumido durante o processo. 
( )
( )
2
2 2
A ) H B r N O H B rO N O e ta p a le n ta
B ) H B r H B rO H O B r e ta p a rá p id a
+ ® +
+ ® +
2 2 22 H B r N O H O N O B r .+ ® + +
N o q u e d i z re s p e i t o à v e l o c i d a d e o u t a x a d e 
desenvolvimento das reações químicas, assinale o que 
for correto. 
( ) A velocidade de uma reação pode ser reduzida com a 
ad ição de um in ib ido r , como por exemp lo , os 
conservantes nos alimentos. 
( ) Quando uma reação se desenvolve em duas ou mais 
etapas distintas, e há uma etapa lenta, esta não deve 
ser considerada no cálculo da velocidade da reação. 
( ) A ação de um catalisador pode ser inibida por 
substâncias, como impurezas, por exemplo, que pela sua 
ação inibidora são denominadas venenos. 
( ) Reações endotérmicas ocorrem mais rapidamente do 
que reações exotérmicas. 
( ) Reações entre compostos inorgânicos iônicos são 
mais rápidas do que reações entre compostos orgânicos 
de peso molecular elevado formados por ligações 
covalentes. 
Os dados da tabela abaixo, obtidos experimentalmente
 em idênticas condições, referem-se à reação:
Experiênci
a [A] [B] Velocidade
1 2,5 5,0 5,0
2 5,0 5,0 20,0
3 5,0 10,0 20,0
3 A 2 B C 2 D+ ® +
Quimica
Experiênci
a [A] [B] Velocidade
1 2,5 5,0 5,0
2 5,0 5,0 20,0
3 5,0 10,0 20,0
3 A 2 B C 2 D+ ® +
Baseando-se na tabela, são feitas as seguintes 
afirmações:
I. A reação é elementar.
II. A expressão da velocidade da reação é v=k[A]3[B]2.
III. A expressão da velocidade da reação é v=k[A]2[B]0.
IV. Dobrando-se a concentração de B, o valor da 
velocidade 
da reação não se altera.
V. A ordem da reação em relação a B é 1 (1ª ordem).a) I e II. b) I, II e III. c) II e III. d) III e IV. e) III, IV e 
V. 
Quimica
A cinética química é a parte da química que trata das 
velocidades das reações. Macroscopicamente, os 
resu l tados de es tudos c iné t i cos pe rmi tem a 
modelagem de sistemas complexos, tais como 
processos que ocorrem na atmosfera ou até mesmo no 
corpo humano. O estudo de catalisadores, que são 
c r u c i a i s p a r a a i n d ú s t r i a q u í m i c a e p a r a o 
desenvolvimento de novos combustíveis, também é 
um ramo da cinética química. 
Sobre esse tema, leia atentamente as proposições 
abaixo. 
I. A energia de ativação de uma reação é uma medida 
da energia cinética mínima necessária às espécies, 
para que reajam quando elas colidirem. 
II. Em uma reação que ocorre em múltiplas etapas, as 
etapas que ocorrem mais rap idamente serão 
determinantes para a velocidade da reação global. 
III. Um catalisador é uma substância que modifica o 
mecanismo de reação, provendo uma rota alternativa 
com energia de ativação drasticamente aumentada para 
a reação, o que diminui assim a velocidade da reação. 
IV. Uma reação ocorre geralmente como resultado de 
uma série de etapas chamadas de reações elementares. 
Numa reação elementar, a molecularidade é definida 
pelo número de partículas (moléculas, átomos ou íons) 
de reagente envolvidas em uma reação elementar. 
V. A constante de velocidade de uma reação pode ser 
obtida pela medida da constante de equilíbrio da reação. 
A relação entre as constantes de equilíbrio da reação 
direta e inversa, quando estas são iguais, fornece o valor 
da constante de velocidade. 
Assinale a alternativa correta. e) I e IV são verdadeiras.